論文の概要: Programming long-range interactions in analog quantum simulators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.22483v1
- Date: Fri, 24 Apr 2026 12:06:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-27 15:36:26.44677
- Title: Programming long-range interactions in analog quantum simulators
- Title（参考訳）: アナログ量子シミュレータにおける長距離相互作用のプログラミング
- Authors: Cristian Tabares, Alberto Muñoz de las Heras, Jan T. Schneider, Alejandro González-Tudela,
- Abstract要約: 長距離相互作用は多くの平衡現象と外平衡量子多体現象の源である。
我々は,このチューニング性を利用して,アナログシミュレータにおける多体状態準備を強化するハイブリッド型古典量子ツールボックスを開発した。
本研究は,次世代アナログ量子シミュレータのための強力なリソースとして,プログラマブルな長距離相互作用を確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.364243535886985
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Long-range interactions are the source of many equilibrium and out-of-equilibrium quantum many-body phenomena. Analog simulators based on ionic, atomic, superconducting, and molecular systems provide a natural platform to obtain these interactions using vibration- and photon-mediated processes. Recent experimental advances, such as their integration in multi-mode cavities and waveguides, or the use of Raman-assisted transitions, enable dynamical control over both the strength and the spatial range of these interactions, thereby rendering them programmable. Here, we develop a hybrid classical-quantum toolbox that exploits this tunability to enhance many-body state preparation in analog simulators beyond fixed-connectivity architectures. Our approach is based on classical pre-compilation in homogeneous small systems, whose optimized parameters are extrapolated iteratively to larger system sizes, and then refined on the quantum hardware using noise-aware hybrid re-optimization and error-mitigation techniques. We benchmark this strategy across several fermionic, spin-1/2, and spin-1 models, demonstrating orders-of-magnitude improvements in fidelity and energy estimation for system sizes ranging from 100 to 1000 particles. Finally, we show that the combination of such high-fidelity programmable state preparation techniques with tunable-range out-of-equilibrium dynamics enables controlled studies of many-body thermalization in regimes accessible to current experimental platforms. Our results establish programmable long-range interactions as a powerful resource for next-generation analog quantum simulators.
- Abstract（参考訳）: 長距離相互作用は多くの平衡現象と外平衡量子多体現象の源である。
イオン、原子、超伝導、分子系に基づくアナログシミュレーターは、振動と光子を介するプロセスを用いてこれらの相互作用を得るための自然なプラットフォームを提供する。
マルチモードキャビティと導波路の統合やラマンアシスト遷移の使用といった最近の実験的進歩により、これらの相互作用の強度と空間範囲の両方を動的に制御できるようになり、プログラム可能になった。
そこで我々は,このチューニング性を利用して,固定接続アーキテクチャを超えて,アナログシミュレータにおける多体状態準備を強化するハイブリッドな古典量子ツールボックスを開発した。
我々のアプローチは、最適化されたパラメータをより大きなシステムサイズに反復的に外挿し、ノイズ対応ハイブリッド再最適化とエラー軽減技術を用いて量子ハードウェアに洗練する、均一な小型システムにおける古典的な事前コンパイルに基づいている。
我々は, フェルミオン, スピン-1/2, スピン-1モデルにまたがってこの戦略をベンチマークし, 100粒子から1000粒子の系サイズに対する忠実度とエネルギー推定のオーダー・オブ・マグニチュードの改善を実証した。
最後に、このような高忠実性プログラム可能な状態生成技術とチューナブルレンジ外平衡力学を組み合わせることで、現在の実験プラットフォームで利用できるレシエーションにおける多体熱化の制御が可能であることを示す。
本研究は,次世代アナログ量子シミュレータのための強力なリソースとして,プログラマブルな長距離相互作用を確立した。
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